Tecnologia
Misura a ultrasuoni per acqua e calore
Che cosa avviene nel tubo di misura di un contatore d’acqua H2O e di un contatore di calore DELTA III, perché nessun componente si usura e come portata e temperature diventano energia.
Misura di portata
Come misurano la portata gli ultrasuoni?
Nel tubo di misura si trovano due trasduttori a ultrasuoni. Inviano alternativamente brevi impulsi sonori, prima nel senso del flusso e poi in senso contrario. Dei riflettori guidano il suono lungo un percorso definito attraverso l’acqua. Helvatron utilizza riflettori autopulenti, così il percorso del suono resta libero.
Un impulso che viaggia nel senso del flusso arriva leggermente prima di uno che viaggia in senso contrario. La differenza tra i due tempi di transito è proporzionale alla velocità media del flusso. Moltiplicata per la sezione del tubo di misura, fornisce la portata volumetrica; totalizzata nel tempo, fornisce il volume.
Le differenze dei tempi di transito sono nell’ordine dei nanosecondi: un tratto di misura stabile e una misura del tempo precisa nell’elettronica sono quindi indispensabili.
Più canali di misura per i grandi diametri
Con i grandi diametri il profilo di flusso è meno uniforme. Il DELTA III utilizza quindi due canali a ultrasuoni da DN50 e quattro da DN350.
Energia termica
Come diventano energia termica portata e temperature?
Un contatore di calore è composto da un sensore di portata, una coppia di sonde di temperatura e un’unità di calcolo. Le sonde misurano la temperatura nelle tubazioni di mandata e di ritorno. L’unità di calcolo determina la differenza Δθ e la moltiplica per il volume e per un coefficiente termico k.
Il coefficiente termico tiene conto del fatto che densità e capacità termica specifica dell’acqua variano con la temperatura. I valori sono definiti nella norma EN 1434. Per questo l’unità di calcolo deve anche sapere se il sensore di portata è installato sulla mandata o sul ritorno.
Riscaldamento e raffrescamento
Se la mandata è più calda del ritorno, l’impianto cede calore. In un impianto ad acqua refrigerata avviene il contrario. Il DELTA III riconosce il segno della differenza di temperatura e conteggia calore e freddo in registri separati. Ciò consente una fatturazione corretta anche per impianti che raffrescano d’estate e riscaldano d’inverno.
Perché le sonde contano così tanto
Con piccole differenze di temperatura, tipiche dell’acqua refrigerata, un errore di misura di pochi centesimi di kelvin incide molto sull’energia calcolata. I contatori di calore secondo EN 1434 utilizzano quindi sonde accoppiate con caratteristiche corrispondenti. Il DELTA III funziona con Pt500, Pt1000 o Pt100; consigliamo la Pt1000.
Q = ∫ V̇ · k(θM, θR) · (θM − θR) dt
- Q
- Energia termica o frigorifera, ad es. in kWh, MWh, GJ
- V̇
- Portata volumetrica dalla misura a ultrasuoni
- k
- Coefficiente termico secondo EN 1434, dipendente dalle temperature
- θM, θR
- Temperatura di mandata e di ritorno, Δθ la loro differenza
Un esempio di calcolo è illustrato nell’animazione del DELTA III.
Vantaggi
Quali vantaggi offrono gli ultrasuoni rispetto ai contatori meccanici?
Nessuna parte in movimento
Nel sensore di portata non ruota nulla. Non c’è una girante che si usuri o si blocchi a basse portate.
Ampio campo di misura
L’H2O raggiunge Q3/Q1 fino a R800 nelle versioni flangiate, il DELTA III qp/qi fino a R250: anche portate molto piccole vengono registrate.
Installazione senza tratti rettilinei
H2O e DELTA III da DN15 a DN40.
Diagnostica nel dispositivo
Aria nella tubazione, perdite, senso di flusso errato, guasti delle sonde: il contatore li segnala tramite la sua interfaccia.
Riflettori autopulenti
L’H2O e il DELTA III utilizzano entrambi riflettori autopulenti. Nel DELTA III sono metallici.
Valori digitali
Datalogger interno, codici di errore e interfaccia di comunicazione fanno del contatore un punto dati dell’impiantistica dell’edificio.
Interfacce
Interfaccia fisica, protocollo, tecnologia radio
Tre concetti spesso confusi. In fase di progettazione conviene tenerli distinti.
- M-Bus
- Sistema bus secondo EN 13757 con un proprio livello fisico (linea a due fili, alimentata dal master) e un proprio protocollo.
- RS-485
- Solo l’interfaccia fisica: trasmissione differenziale su doppino intrecciato. È il protocollo a definire quali dati vengono trasmessi.
- Modbus RTU
- Il protocollo che i contatori Helvatron utilizzano su RS-485: il master interroga, lo slave risponde.
- LoRa
- Radio nella banda 868 MHz, con dispositivi, gateway, server di rete e applicazione.
- NB-IoT
- Standard di rete mobile in bande licenziate. I contatori trasmettono tramite la rete di un operatore, senza gateway propri.